結直腸癌化學預防的研究進展

何鵬展綜述 董衛國審校

結直腸癌(colorectal cancer，CRC)是最常見的消化道惡性腫瘤之一，據國際癌癥研究機構制定的GLOBOCAN 2018癌癥發病率和病死率估計值數據顯示：2018年全球范圍內CRC發病率在男性中居第三位，女性第二位；病死率僅次于肺癌，居惡性腫瘤第二位[1]。在我國，結直腸癌是近些年發病率上升最快的癌癥，過去10年間新發病數和死亡數均多了1倍，且仍在以年均4%～5%的速度遞增。CRC的進展是一個多階段的過程，從正常上皮到異常隱窩病灶，再到良性腺瘤性息肉，最后到侵襲性癌癥和轉移，病程長達幾十年，而這一緩慢的過程為及時發現腸息肉并且阻斷其向癌癥的轉變贏得了時間和機會。然而，CRC起病較隱匿，早期癥狀不明顯，許多CRC患者在診斷時已是進展期甚至晚期,錯過最佳治療時機，因此預防愈顯重要，臨床上亟需尋找有效的預防手段。癌癥化學預防(chemoprevention)最早是由Sporn等于20世紀70年代初提出[2]，其定義是利用天然或人工合成的化學物質來預防、抑制或者逆轉癌癥的發生發展過程,從而降低癌癥發生率和病死率，是癌癥預防研究的熱點，而其中最容易預防的便是CRC。目前研究所涉及藥物十分廣泛，本文針對阿司匹林、葉酸、維生素D和鈣劑、膳食纖維和腸道菌群等物質對CRC預防作用的研究進展及相關的作用機制進行綜述。

1 阿司匹林對結直腸癌的化學預防

近年來，有研究證實阿司匹林對多種腫瘤有一定的化學預防作用，尤其在預防CRC方面，阿司匹林是研究最多的化學物質，也是是最有前景的藥物[3]。

Tsoi等[4]進行的一項回顧性研究，納入了612 509例患者，結果表明長期服用阿司匹林可降低CRC的發病率和病死率。隨機對照試驗(randomized controlled trials, RCTs)顯示，在有腺瘤或結直腸癌病史的患者中，阿司匹林降低了結直腸腺瘤的風險，而結直腸腺瘤幾乎是所有CRC的前兆。Rothwell等[5]進行了為期20年的隨訪，發現每日規律服用75 mg阿司匹林5年以上可以將CRC的發病風險降低24%，而高劑量并不比低劑量更有效，反而增加消化道出血、潰瘍等不良反應發生的風險。隨后的隊列研究還發現阿司匹林介導的CRC長期風險降低可能與體質量有關,低劑量阿司匹林(75～100 mg)可降低體質量<70 kg的受試者患CRC的風險，卻不能降低70 kg及以上受試者的風險[6]。目前為止的臨床試驗、隊列研究及多項RCTs結果大部分肯定了阿司匹林預防CRC的有效性，并建議把每天服用75～325 mg阿司匹林作為長期預防CRC的安全有效的措施[7]。

阿司匹林預防CRC的作用機制可能分為環氧合酶(COX)依賴性途徑和非COX依賴性途徑(見表1)[8-14]。前者可能與其抑制COX活性，導致前列腺素合成減少和血小板活性受抑制有關。后者可能與調控腫瘤細胞內多個信號傳導通路有關。

2 葉酸對結直腸癌的化學預防

葉酸(folic acid，FA)是一種天然的水溶性B族維生素，由于其在DNA合成、修復和甲基化中的功能，FA在癌癥預防中的潛在作用已日益受到重視。研究者就FA對CRC發病率的影響進行了相關的研究，卻發現有不同的結果。

研究表明，補充FA對結直腸腺瘤有積極的預防作用,對炎性腸病的患者效果更顯著[15]。一項Meta分析也顯示，高水平的FA攝入可降低CRC的發病風險[16]。但另一項研究分析得出不一樣的結論，認為補充FA對CRC并沒有預防作用。Passarelli 等[17]對進行的RCTs也發現，FA補充劑攝入對CRC風險沒有顯著影響。甚至，最近的一項多中心RCT結果還發現補充FA與CRC風險增加有關[18]。對此，研究者提出，結果之間的差異可能與FA干預的時間不同有關。動物研究表明FA可能具有雙重作用，這取決于給藥的時間。在腸道內形成腫瘤病灶之前可以觀察到有益的作用；然而，一旦出現腫瘤病變，高水平的FA攝入可能會促進腫瘤進展[19]。

FA通過調節DNA生物合成、修復和甲基化來維持基因組穩定(見圖1)。目前關于FA抗癌作用可能的機制有2種[20]：DNA合成的碳源以及DNA甲基化的調控。(1)FA作為核苷酸從頭合成的碳源，FA缺乏會使核苷酸合成前體的來源減少而導致DNA損傷，使得核苷酸庫失衡。而這種失衡會導致尿嘧啶與DNA的錯誤結合、DNA錯配和雙鏈斷裂。因此，當正常細胞FA水平低時，細胞將積累DNA損傷從而更易發生惡性轉化，故適當補充FA可以降低CRC風險。同時這一機制還可解釋腫瘤病變發生后，補充FA可能會促進腫瘤的發生和進展，而FA缺乏則對腫瘤生長產生抑制作用。轉化后的細胞相對于正常細胞具有更快的復制速率和更高的核苷酸需求，而低水平的FA則嚴重限制核苷酸的生物合成，抑制DNA復制和減緩腫瘤的生長。(2)FA對DNA甲基化模式的調節，一方面，研究發現基因組低甲基化與CRC發生之間的聯系，證明了與正常組織相比，原發腫瘤樣本在特定的基因中呈現顯著低甲基化[21]，所以補充FA可以通過防止低甲基化和降低基因組對損傷的易感性來提供預防保護。但另一方面，相關研究還發現，特定基因啟動子如CpG島中的甲基化可能是正常結直腸黏膜產生腫瘤的觸發因素，所以如果CRC發生依賴于甲基化，則在某些情況下限制DNA甲基化甲基的產生實際上是有益的，即在CRC的背景下，這個觀點可以解釋小鼠模型試驗中FA缺乏的抗腫瘤作用[22]。

表1 阿司匹林用于預防結直腸癌的作用機制

注：PGE2.前列腺素E2; PGs.前列腺素；VEGF.血管內皮生長因子；p-S6.磷酸化核糖體S6蛋白；EMT.上皮-間質轉化；蛋白磷酸酶2A.PP2A；SOCE.鈣庫操縱性鈣內流；NFAT.活化T細胞核因子；NF-κB.核因子κB；EGFR.表皮生長因子受體

注：DNMT.DNA甲基轉移酶；MTHFR.亞甲基四氫葉酸還原酶； MAT.S-腺苷甲硫氨酸合成酶； SAH.S-腺苷同型半胱氨酸； TS.胸苷酸合成酶；VDRE.維生素D反應元件

圖1 FA調節DNA合成和甲基化的機制

3 維生素D和鈣劑對結直腸癌的化學預防

維生素D和鈣因對骨骼健康的重要性而廣為人知，但近來它們在預防癌癥方面的可能性越來越受到重視。流行病學研究表明維生素D和鈣在CRC發生中具有保護作用，但尚缺乏大規模的RCTs支持。

1980年Garland等[23]研究發現UV-B輻射暴露時間少的人群，CRC的發病率和病死率均較高，而UV輻射與人體維生素D合成直接相關，從而提出維生素D是CRC保護性因素的假設，并得到后續研究的支持。最近，McCullough等[24]的隊列研究結果顯示：循環25-羥基維生素D[25(OH)D]不足(<30 nmol/L)時，CRC風險增加31%；25(OH)D水平為75～<87.5 nmol/L和87.5～100 nmol/L時，CRC風險分別降低19%和27%；25(OH)D≥100 nmol/L時，風險并不降低。但也有研究發現，與安慰劑組相比，補充維生素D并不能降低CRC的發病率[25]。目前認為造成這一差異的原因可能有以下兩點：一是補充的維生素D劑量過低，未能增加循環25(OH)D的血清水平；二是維生素D途徑基因的單核苷酸多態性(SNPs)，尤其是維生素D受體(VDR)基因的多態性。Barry等[26]進行的RCT顯示：每日補充維生素D33～5年對晚期結直腸腺瘤風險的影響會根據VDR基因3′末端的2個SNP的基因型差異而發生顯著變化。例如rs7968585 AA基因型的個體補充維生素D3，新的晚期結直腸腺瘤的發生風險降低了64%，但在有1或2個G等位基因的個體中，風險增加了41%。目前，體內、體外的研究支持維生素D通過抑制細胞增殖，促進細胞分化，刺激細胞凋亡，抗炎和抑制血管生成，來降低CRC的風險[27]。研究還發現，補充維生素D可通過調節APC/β-catenin途徑，增加APC蛋白的表達和降低β-catenin的表達來抑制WNT信號傳導，從而抑制細胞增殖，并通過誘導E-鈣黏蛋白表達促進細胞黏附和分化[28]。

鈣是維持骨骼和牙齒健康的必需營養素，也常被用來研究對CRC風險的影響。研究者發現，膳食鈣對CRC有保護作用，從飲食中攝取高劑量鈣會降低CRC的風險[29]。Bonovas 等[30]的RCT結果支持補充鈣劑36～60個月對復發性結直腸腺瘤有適度的化學預防作用。目前關于鈣降低CRC風險的機制主要有2個假說，即膽汁酸結合假說和細胞周期調控假說[31]：鈣通過與有毒的二級膽汁酸和離子化脂肪酸結合，在結腸中形成不溶性鈣皂，降低結直腸癌的風險；鈣還可以通過抑制細胞增殖，刺激分化，調節CRC相關細胞信號通路和誘導結腸黏膜凋亡抑制CRC發展。另有研究指出，鈣敏感蛋白也參與介導鈣的抗腫瘤作用[32]。

4 膳食纖維和腸道菌群對結直腸癌的化學預防

研究表明食用含有膳食纖維的食物可以預防CRC。膳食纖維是腸道細菌發酵的主要物質，能夠產生一系列有益代謝物，主要是短鏈脂肪酸(SCFA)，包括丁酸鹽、乙酸鹽和丙酸鹽[33]。SCFA可通過抑制組蛋白去乙酰化酶的活性和與結腸上皮細胞表面的G蛋白偶聯受體相互作用來抑制炎性反應，從而調節許多癌癥相關基因的表達，以及通過調節調節性T細胞(Tregs)的功能來支持腸道免疫穩態[34]。

人類微生物組研究已經表明，腸道的細菌群落結構在CRC和其他疾病狀態(如IBD)中經常受到干擾，與對照組相比，CRC病例中的特異性細菌數量發生了顯著變化。例如，在CRC病例中，產腸毒素脆弱類桿菌、具核梭桿菌和大腸埃希菌的比例過高，而乳酸桿菌和產丁酸鹽細菌的比例偏低[35]。而近來研究還發現，較高的纖維攝入量可以增加腸道中的乳酸桿菌和丁酸鹽產生細菌，如雙歧桿菌、梭菌、厭氧菌等，從而糾正腸道菌群結構改變，恢復菌群多樣性[36]。因此，膳食纖維和腸道菌群可能在癌癥預防和抗癌治療中發揮更大的作用

5 其他藥物對結直腸癌的化學預防

觀察性研究還發現二甲雙胍、熊去氧膽酸(ursodeoxycholic acid，UDCA)、他汀類藥物等也可能具有CRC的預防作用，但一些RCTs的結果卻不一致，尚需要進一步研究。

日本研究者最近進行的一項Ⅲ期臨床試驗，將151例有腺瘤性息肉切除病史的非糖尿病患者隨機分為二甲雙胍組和安慰劑組，結果顯示低劑量二甲雙胍減少了術后腺瘤或息肉的復發率和數量，但研究對象是根據有腺瘤性息肉病史選擇的，因此尚需要更大規模的研究，以驗證其結果是否具有普遍性[37]。UDCA是一種合成膽汁酸，可用于治療膽汁淤積性肝病和原發性硬化性膽管炎(PSC)，研究發現UDCA，特別是低劑量時，可降低PSC-IBD患者患CRC的風險[38]，但也有研究指出UDCA的長期攝取與IBD發生惡性轉化無關[39]。研究分析發現，他汀類藥物降低CRC的風險，在隊列研究和病例對照研究中差異有統計學意義，在隨機對照試驗中卻沒有[40]。

6 小 結

綜上，關于化學預防劑和CRC患病風險的研究得以大量開展，并取得了一定的研究成果，但還沒有足夠的證據支持在一般風險人群中應用化學預防劑。最有力的證據是，非甾體類抗炎藥可減緩息肉進展，持續使用低劑量阿司匹林會降低CRC的長期發病率。正在進行的結直腸腺瘤/癌癥預防方案試驗3(CAPP3)將有可能確定其最安全的劑量。FA由于在不同的試驗中結果截然相反，有2種機制假說來解釋這一現象，故尚需開展針對性的研究探討其具體機制。血清25(OH)D水平和CRC風險呈負相關性,但維生素D抑制腸道腫瘤的作用尚存在爭議，口服維生素D仍需進一步研究。此外，膳食鈣、膳食纖維等化學預防劑與CRC患病風險亦需要進一步研究和證實。

總之，CRC化學預防的研究已經取得了一定的進展，大量研究提出多種化學藥物都有可能抑制腫瘤進展或降低侵襲性，其臨床前景是十分樂觀的，但作為化學預防劑需要長期使用,不僅要求藥物專一有效,更重要的是安全性好,不良反應少，尚需要開展更多臨床試驗來進行風險-收益評估。